开题报告及文献综述（油库设计）—武汉理工大学.doc

武汉理工大学毕业设计（论文）开题报告武汉理工大学本科生毕业设计（论文）开题报告1.目的及意义（含国内外的研究现状分析）1.1目的意义凡是用来接收、储存和发放原油或石油产品的企业和单位都称为油库。它是协调原油生产、原油加工、成品油供应及运输的纽带，是国家石油储备和供应的基地，它对于保障国防和促进国民经济高速发展具有相当重要的意义。在日益激烈的国际市场竞争面前，要求油库提高效率，加快周转，加强安全管理，减少人为差错，增强竞争力和提升企业形象。集约化、信息化、自动化、规范化、环保化、是油库发展的必然趋势。1.2国内外现状随科技的不断革新，智能、节能环保等方面也成为了油库设计的主攻方向。1.2.1油库自动化系统人们一般把50 年代前的气动信号控制系统 PCS称作第一代，把420mA 等电动模拟信号控制系统称为第二代，把数字计算机集中式控制系统称为第三代，而把 70 年代中期以来的分布控制系统 DCS(distributed control system)称作第四代，或者有些资料中叫集散式控制系统，现场总线控制系统FCS（field control system）为新一代控制系统。而目前工业控制方式主要是集中式控制系统、集散控制系统和现场总线控制系统。2对于国内油库监控系统的发展过程大致可分为四个阶段 ：(1)最早为手工发油、手工记账的操作方式，或采用继电器等电器元件件进行简单的逻辑控制。此种运营方式不但劳动强度大、运营效率低，而且安全性差、收发油精度低。 (2)集中式控制系统：由单片机或工控机作为控制器，集中控制整个油库的收发油的全过程叫集中式控制系统。这种方案的缺点在于风险过度集中，且信号线及电源线混杂，易产生严重干扰。 (3)DCS(Distributed Control System)首先提出了“信息集中，控制分散”的控制思想。DCS系统可以简单的归纳为“三点一线”式的结构。“一线”是指DCS的骨架计算机网络,“三点”是指在该网络上的三种不同类型的节点,即:面向被控过程的现场FO控制站、面向操作人员的操作员站和面向DCS监督管理人员的工程师站。17它在系统结构上分为上、下位机。上位机集中管理与监控，而控制任务被分散到各台下位机。然而DCS 在控制器和现场设备间大多采用点到点的连接方式DCS ，这使得地下电缆遍布整个油库区域，布线和维护非常复杂。(4)现场总线技术FCS的运用使得 DCS 更趋智能化、分散化。多个控制器通过现场总线通讯构成统一的控制系统；控制器下放于控制现场；各传感器、执行器与现场控制器连接。现场总线技术在油库监控系统中的应用，不但使得控制任务更加分散化、独立化，而且大大减少了工程布线，节约了布线和维护成本。在国外，现场总线技术从 20 世纪 80 年代开始出现并被逐步推广，现在已经被广泛使用。3现阶段油库监控系统中还是存在几个主要问题：现场总线技术运用程度低；系统计量精度不高；“水击现象”致使设备损耗严重；监控管理自动化水平较低。8运用现场总线技术实现自动化是当下发展的良好方向。1.2.2油库工艺流程油库存调度是一个多目标、多约束的优化问题，其目标函数经常与时间安排、资源分配、经济效益等相互关联，常见的有最佳调度时间、最小成本或最小能耗、最少资源利用以及最佳调度流程等等。而且原油库存调度是一个连续过程的调度，因此其困难度和复杂性远远大于对离散过程和批处理过程的调度。尽管如此，对离散过程和批处理过程的调度也为连续过程的调度提供了一些可行的解决办法。目前最有效的解决办法就是将连续的调度过程分割为一些时间间隔，再对其仿照批处理过程或者离散过程的调度方法进行运算求解。国内外目前常用方法是遗传算法（简称 GA），其在离散过程调度10,11、批处理过程调度等问题的研究中有众多使用；模拟退火算法（简称 SA），它是属于一种通用的随机搜索算法，是局部搜索算法的扩展13；人工神经网络（简称 ANN）它是由人工建造的，以有向图为拓扑结构的动态系统，通过对连续或离散的输入作状态响应而进行信息处理。在连续性生产过程中达到在某种程度上的生产柔性的关键和生产计划与调度方法的科学化息息相关，这也是目前学术领域与工业领域非常着重研究的内容。因为连续性生产过程不同于离散性的生产过程，其复杂性极高，所以只有对生产工艺机理建立数学模型并同系统工程理论综合在一起同时考虑，才能发现解决该复杂难题的最佳途径。1.2.3油库的安全性评价安全评价就是定性分析和定量评价系统的安全状况, 预知事故发生前的潜在危险,掌握事故发生的规律, 从而为科学的决策提供依据。油库的风险评价方法可大致分为定性、概率风险评价法、半定量、定量评价等。16决策分析法14、失效模式、影响和致命度评价分析、模糊综合评价法是常用的概率风险评价法。 决策分析法是一种在时间和信息都不充分的条件下能够迅速做出决策的分析方法；而失效模式、影响和致命度评价分析是一种对系统或元件进行风险评估的方法；模糊综合评价法则是应用模糊数学方法将评价因素的各项指标量化处理，做出科学合理的安全评价。其中模糊综合评价法为非常适合油库现场实际，能将各模糊因素进行比较分析后建立适合现场的模糊风险评价体系，综合评价后得出各区块风险权重，为今后日常管理提供参考。此方法的优越之处是它的直观性、可视性。 1.3.评述油库建设是一个庞大的系统工程，虽然现阶段的基础建设等方面的技术问题已经得到了很大提高，就像是一个突飞猛进的一个过程，但是到完善和精进的阶段就会是一个缓慢而艰难的过程，油库的自动化系统、调度分配、安全性评价等一系列问题都是与其他的学科的发展紧密相连的，油库的发展是随着电子信息技术、计算机模型仿真等技术的发展而发展的，但同样也会在一定程度上带动其他产业的发展。总之，信息化、自动化、规范化是油库发展的必然趋势。本设计将完成青岛转运油库的基础设施的设计，其中将融入前文所提到的智能环保理念。参考文献1 郭光臣，董文兰，张志廉.油库设计与管理M.中国石油大学出版.2006.2 赵文勇，油库自动化工程监控管理系统的设计与实现D.2012.3 王晓宗，基于现场总线技术的油库自动监控系统研究与应用D.2011.4 税爱社，姚冬平，李林等储油罐区 SCADA 系统设计J仪表技术与传感器，2008，(3)：9293 5 林龙，税爱社，方卫红等基于 PAC 的储油罐智能监控节点设计J仪表技术与传感器，2008，(5)：102 6 郑四敏油库计算机自动发油与储油罐液位监测系统D大连：大连理工大学，2006 7 钱欣，刘东，陈佳星感温探测系统在海上储油罐的应用J宽厚板，2009，15(2)：29 8 张银.油库自动化分布式控制系统的应用与研究.西南石油大学.2012.9 宋洁蔚. 油品生产与储运调度问题研究D.浙江大学, 2003. 10 Sakawa M, Mori T. An efficient genetic algorithm for job-shop scheduling problems with fuzzy processing time and fuzzy due dateJ.Computers & Industrial Engineering,1999,36(2):325-341. 11 Wang K, Lohl T, Stobbe M, et al. A genetic algorithm for online-scheduling of a multiproduct polymer batch plantJ. Computers and Chemical Engineering, 2000, 24(2-7):393-400.12 William C Lyons. Standard Handbook of Petroleum & Natural Gas Engineering, Vol.2. Gulf Professional Publishing, 1996. 13 张光澄, 王文娟, 韩会磊, 张雷. 非线性最优化计算方法M.北京:高等教育出版社, 2005. 342, 356357, 350351,356,3638,7984. 14 祝宝铃.模糊综合评价法在新木油库风险评价中的应用研究D.吉林大学,2012.15 周宏志. 原油储库生产运行调度优化技术研究D.大庆石油学院,2010.16 陈学锋,于倩秀.DOW分析法在石油库安全评价中的应用J.天然气与石油,2006,01:24-28+70.17 中国石油化工集团公司主编.石油库设计规范，北京：中国计划出版社，200318 杨筱蘅, 张国忠编著. 输油管道设计与管理. 东营: 石油大学出版社, 199619 蔡尔辅编, 石油化工管线设计. 北京：化学工业出版社，19862. 基本内容和技术方案2.1基本内容1) 文献检索和调研，撰写文献阅读报告和设计开题报告，要求检索文献资料不少于18篇，其中外文资料不少于3篇；2) 进行总体规划和区内功能布置，计算相应的工作参数，设备选型，工艺设计，安全设计，经济分析，绘制设计图纸，图纸工作总量相当于3张0#图纸，具体的设计内容如下：(1)阐明本设计的人物依据和技术依据：油库性质、经营油品种类、油库总容量。(2)总图布置：说明总图布置的指导思想、优缺点，油罐的结构类型、单个容积、库内运输方式。(3)工艺部分：工艺流程说明、铁路的油品装卸方式、货位的个数、专用线长度、发油方式、汽车装油的鹤管数、桶装灌油栓个数、装卸油泵及机组的型号和台数、输油管的规格、油库的装卸能力。(4)消防部分：油罐及其他的生产设施采用的消防方式、消防所需的消防灭火剂量和水量、消防泵的台数、型号、规格及其使用的动力、其他消防设备、消防管道的布置和管径。(5)电力和电讯部分：油库的配电方式、防雷防静电接地及电器设备接地、接零保护措施。(6)给排水部分：供水设施、污水处理设施。(7)安全性分析。(8)经济性分析。3) 翻译英文专业文献，译文汉字不少于10000汉字；4) 按照武汉理工大学本科毕业生毕业论文规范撰写毕业论文，论文字数不少于15000字。2.2技术方案(1)根据区域建设规划、环保和安全要求，通过对地域经济地理位置及社会环境的调查了解，确定适宜建设的油库地点；根据石油库设计规范的规定和油库安全运行的实际需要，在设有坐标和等高线且体现油库地形地貌的图纸上，按规定比例将油库各种建筑物、构筑物和道路的形状、大小、坐标、位置、标高等具体形象的表示出来。(2)对油库作业特点、地形条件、油品种类和性质等因素进行详细了解分析依据工艺合理、技术先进；操作简单、管理方便；经济节约、设备优化；安全可靠、防备应急四项原则设计油库工艺流程。(3)工艺设计已经确定了完成油库各项作业所需的工艺设备，通过计算确定各类设备具体的材质、规格、型号。(4)依据保证储油安全、方便操作、有利于管理和节省投资等原则进行储油区布置设计。(5)了解油库区的装卸负荷，依据安全、快速、保质、保量等原则进行铁路、码头、公路装卸区及泵房等布置设计。(6)根据沿线地形图及纵断面图、工艺流程图、输送油品品种及任务、泵房、油罐等设备的平面和立面布置图、管线沿线工程地质、水文地质资料、地区气象资料等进行输油管道布置设计。(7)根据油品火灾危险性、油罐形式、油库等级及与邻近单位的消防协作条件等因素综合决定，进行消防冷却水系统设计、泡沫灭火系统设计、小型灭火器材配置等方面的设计。(8)依据石油库设计规范对油库供电负荷等级与变、配电室的布置设计、接零保护、防雷、防静电等工艺进行设计。(9)根据设计施工所需财力、物力、人力对各项工程投资的价值做概预算。3.进度安排1) 1-3周为文献查阅与调研时间，撰写文献综述报告和开题报告；2) 4-13为设计阶段，完成设计任务，准备在第9周接受中期检查；3) 4-12要求完成外文的翻译工作；4) 14-15周为论文撰写与答辩准备阶段。5) 16周答辩阶段。4、指导教师意见 指导教师签名： 年 月 日武汉理工大学毕业设计（论文）文献综述1.前言凡是用来接收、储存和发放原油或石油产品的企业和单位都称为油库。它是协调原油生产、原油加工、成品油供应及运输的纽带，是国家石油储备和供应的基地，它对于保障国防和促进国民经济高速发展具有相当重要的意义。随着我国石油工业的飞速发展，油库发展也很快，除了石油系统、供销系统和军事系统建有一系列专用油库外，其他企业，如铁道、交通、电力、冶金等部门也建有各种类型的油库，以保证运输和生产的正常运行。1在日益激烈的国际市场竞争面前，要求油库提高效率，加快周转，加强安全管理，减少人为差错，增强竞争力和提升企业形象。集约化、信息化、自动化、规范化、环保化、是油库发展的必然趋势。2.油库设计的国内外现状随科技的不断革新，大型、智能、节能、环保等方面也成为了油库设计的主攻方向，下面仅对于油库设计管理过程涌现出智能化的一面中的几点做论述。2.1油库的自动化系统 人们一般把 50 年代前的气动信号控制系统 PCS称作第一代，把420mA 等电动模拟信号控制系统称为第二代，把数字计算机集中式控制系统称为第三代，而把 70 年代中期以来的分布控制系统 DCS(distributed control system)称作第四代，或者有些资料中叫集散式控制系统，现场总线控制系统FCS（field control system）为新一代控制系统。而目前工业控制方式主要是集中式控制系统、集散控制系统和现场总线控制系统。2对于国内油库监控系统的发展过程大致可分为四个阶段 ：(1)最早为手工发油、手工记账的操作方式，或采用继电器等电器元件件进行简单的逻辑控制。此种运营方式不但劳动强度大、运营效率低，而且安全性差、收发油精度低，严重影响油库的经济效益和社会效益。 (2)集中式控制系统：由单片机或工控机作为控制器，集中控制整个油库的收发油的全过程叫集中式控制系统。这种方案的缺点在于风险过度集中，且信号线及电源线混杂，易产生严重干扰。 (3)DCS(Distributed Control System)首先提出了“信息集中，控制分散”的控制思想。DCS系统可以简单的归纳为“三点一线”式的结构。“一线”是指DCS的骨架计算机网络,“三点”是指在该网络上的三种不同类型的节点,即:面向被控过程的现场FO控制站、面向操作人员的操作员站和面向DCS监督管理人员的工程师站。17它在系统结构上分为上、下位机。上位机集中管理与监控，而控制任务被分散到各台下位机。然而DCS 在控制器和现场设备间大多采用点到点的连接方式DCS ，这使得地下电缆遍布整个油库区域，布线和维护非常复杂。(4)现场总线技术FCS的运用使得 DCS 更趋智能化、分散化。多个控制器通过现场总线通讯构成统一的控制系统；控制器下放于控制现场；各传感器、执行器与现场控制器连接。现场总线技术在油库监控系统中的应用，不但使得控制任务更加分散化、独立化，而且大大减少了工程布线，节约了布线和维护成本。在国外，现场总线技术从 20 世纪 80 年代开始出现并被逐步推广，现在已经被广泛使用。3计算机、模拟仿真及最优化技术的快速发展，使得国内的自动化水平有很大改善。譬如文献4设计的 SCADA 系统实现了油罐自动计量、状态实时监测与报警、系统参数设定与修改、油罐信息自动显示与管理等功能；文献5解决了储油罐对象功能自治的现场智能监控需求，实现了液位、温度、压力、油气浓度等参数一体化采集、分析处理、现场控制和工业以太网通信；文献6开发出集自动发油管理及储油液位、温度等安全检测功能于一体的油罐库区自动付油系统；文献7首次使用了光纤光栅感温探测系统，通过对平台上的储罐温度和温升情况进行检测来判断火灾的发生。但是国的油库自动化控制和管理水平参差不齐。油库监控系统中还是存在几个主要问题：现场总线技术运用程度低；系统计量精度不高；“水击现象”致使设备损耗严重；监控管理自动化水平较低。8运用现场总线技术实现自动化是当下发展的良好方向。2.2油库工艺流程控制油库存调度是一个多目标、多约束的优化问题，其目标函数经常与时间安排、资源分配、经济效益等相互关联，常见的有最佳调度时间、最小成本或最小能耗、最少资源利用以及最佳调度流程等等。而且原油库存调度是一个连续过程的调度，因此其困难度和复杂性远远大于对离散过程和批处理过程的调度。尽管如此，对离散过程和批处理过程的调度也为连续过程的调度提供了一些可行的解决办法。目前最有效的解决办法就是将连续的调度过程分割为一些时间间隔，再对其仿照批处理过程或者离散过程的调度方法进行运算求解。在这个问题上常用的一些算法有：(1)遗传算法（简称 GA）应用于各类调度问题上的研究成果越来越多9。遗传算法在离散过程调度10,11、批处理过程调度等问题的研究中都有众多的使用。遗传算法也大范围地应用于连续过程调度问题的解决之中。但是在油库的实际生产调度过程中，由于涉及到大量的油罐、时间域、原油输入量、温度等，而用到大量变量，而且变量个数随着调度周期和时间间隔的增大而急剧增加。这就使得遗传算法面临的信息庞大，计算量大，算法有效性得不到保证，计算速度变得缓慢。此外，较大的不确定性和随机性是遗传算法应用于大规模流程工业调度问题所面临的亟待解决的问题。15(2)模拟退火算法（简称 SA）是属于一种通用的随机搜索算法，是局部搜索算法的扩展12。该算法的优点：应用范围广泛、求得全局最优解的可靠性高、算法简单、便于实现等。但是它也有许多不足，主要是有许多参数需要人为调整，如起始温度、温度下降方案、固定温度时的迭代长度、终止规则等等，这样就造成了计算结果的差异，因而很难保证计算结果为全局最优点。所以模拟退火算法在大规模调度问题，尤其在连续过程调度问题上还是缺乏有效的应用。(3)人工神经网络（简称 ANN）是由人工建造的，以有向图为拓扑结构的动态系统，通过对连续或离散的输入作状态响应而进行信息处理。神经网络却是描述和求解非线性优化问题的一个合适的途径。神经网络尽管相对传统的求解办法不一定更有效，但是其并行机制对于解决大规模优化问题是很有利的。在解决如何将复杂的生产调度优化问题的结构通过能量函数表达：强化计算出优化解的能力；建立较大规模的样本数据；增强学习能力这些突出问题后,它应该会得到推广应用。连续性生产过程达到在某种程度上的生产柔性的关键和生产计划与调度方法的科学化息息相关，这也是目前学术领域与工业领域非常着重研究的内容。因为连续性生产过程不同于离散性的生产过程，其复杂性极高，所以只有对生产工艺机理建立数学模型并同系统工程理论综合在一起同时考虑，才能发现解决该复杂难题的最佳途径。2.3油库的安全性评价 安全评价就是定性分析和定量评价系统的安全状况, 预知事故发生前的潜在危险,掌握事故发生的规律, 从而为科学的决策提供依据。油库风险评价技术一直是国内石油公司研究的重要内容之一。油库的风险评价方法可大致分为定性、概率风险评价法、半定量、定量评价等。16定性评价方法是以有经验专家的观点为依据，将风险相对等级划分为高、中、低三类，但事故发生频率和损失后果并不能进行量化。主要包有安全检查法、列表检查法以及初步危险分析法等方法。半定量评价法的基础是风险评价数量，分配给认识到的事故后果一个定量指标，给事故发生几率另一指标，用加或乘等数学计算方法对事故几率以及事故后果损失的指标排列组合，由此得到一个相对风险值。(1)决策分析法14。决策分析法是一种在时间和信息都不充分的条件下能够迅速做出决策的分析方法。(2)失效模式、影响和致命度评价分析。它是一种对系统或元件进行风险评估的方法。失效模式评价分析的优点是能利用计算机有效处理信息，可以为工程技术人员提供正确的风险分析导向。该方法的缺点是运算需大量数据运行环境复杂，要求客观条件要求比较高。 (3)模糊综合评价法。模糊综合评价法应用模糊数学方法将评价因素的各项指标量化处理，做出科学合理的安全评价。由于油库的工作环境复杂多变，在设计、施工、运行和日常维护期间有很多诱发油库事故的模糊因素，这些风险影响因素对油库的影响是彼此关联的，并且关系随时间、地点等条件变化而变化，具有很大的模糊性，这些模糊性的客观存在，使各类风险影响因素不能被量化。综合考虑各类影响因素的模糊性，把影响油库安全构成的模糊因素纳入油库事故后果安全评价体系之中，能够准确地描述客观事实，提高油库安全评价结果的准确性。该方法客观条件要求比较低，评价体系建立后可以根据实际情况改变而该改变，符合现场实际要求。 模糊综合评价法为非常适合油库现场实际，能将各模糊因素进行比较分析后建立适合现场的模糊风险评价体系，综合评价后得出各区块风险权重，为今后日常管理提供参考。此方法的优越之处是它的直观性、可视性。 3. 评述油库建设是一个庞大的系统工程，虽然现阶段的基础建设等方面的技术问题已经得到了很大提高，就像是一个突飞猛进的一个过程，但是到完善和精进的阶段就会是一个缓慢而艰难的过程，油库的自动化系统、调度分配、安全性评价等一系列问题都是与其他的学科的发展紧密相连的，油库的发展是随着电子信息技术、计算机模型仿真等技术的发展而发展的，但同样也会在一定程度上带动其他产业的发展。总之，信息化、自动化、规范化是油库发展的必然趋势。参考文献1 郭光臣，董文兰，张志廉.油库设计与管理M.中国石油大学出版.2006.2 赵文勇，油库自动化工程监控管理系统的设计与实现D.2012.3 王晓宗，基于现场总线技术的油库自动监控系统研究与应用D.2011.4 税爱社，姚冬平，李林等储油罐区 SCADA 系统设计J仪表技术与传感器，2008，(3)：9293 5 林龙，税爱社，方卫红等基于 PAC 的储油罐智能监控节点设计J仪